biorefinería de residuos agrícolas y ganaderos · > denominación biorrefinerías...
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BioRefinería de Residuos Agrícolas y Ganaderos
Almería, 17 de Marzo de 2016
Jornada sobre Oportunidades de Negocio
en Biotecnología
E.E. CAJAMAR LAS PALMERILLAS
Andrés Pascual VidalJefe Dpto. Medio Ambiente, Bioenergía e Higiene Industrial de AINIA.
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CONTENIDOS:
• BIOECONOMÍA. • LAS BIOREFINERÍAS. • OPORTUNIDADES DE NEGOCIO. • CASO PRÁCTICO. El proyecto INVENER. • OTROS EJEMPLOS.
Jornada sobre Oportunidades de Negocio
en Biotecnología
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> Los problemas y los retos ...
•Sobre-explotación de recursos naturales
•Cambios en el clima
•Presiones sobre el medio ambiente
•Pérdida de biodiversidad.
•Incremento población del 30% en
el 2050 hasta 9.000 millones.
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> Qué significa BIOECONOMÍA?.
… Economía que utiliza recursos biológicos terrestres o
marinos, o residuos orgánicos, como base para la
producción de alimentos y piensos, bioenergía y otros
bioproductos.
•Sectores: agricultura, pesca, alimentación, papel
y pasta de papel, y partes de las industrias química,
biotecnológica y energética.
•Datos: 2.000.000 millones de € de ventas, 22 mill. de
empleos, 9% total empleo en la UE.
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Production systems
Ecosystem services
Policies and Rural Devel.
Consumers
Nutrition
Food industry
BioIndustries
Biorefinery
Market for bioproducts
Food
Fisheries
Aquaculture
Marine Biotech.
Forestry
BioIndustriesMarine
ResourcesAgriculture & Forestry
Climate Change
Marine Resources
Cross-cutting technologies
Marine & maritime
Oceans of Tomorrow
SC2 - BIOECONOMY – Structure and Contents
Bioeconomy under H2020
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•Mantener y permitir el crecimiento económico y la
creación de empleo, reducir dependencia de
recursos fósiles, y mejorar la sostenibilidad
económica y medioambiental de los sectores
primarios y las industrias transformadoras.
•Se apoya en la investigación e innovación para
mejorar la gestión de sus recursos biológicos
renovables y abrir nuevos mercados de
bioproductos.
> Principales objetivos de la estrategia sobre Bioeconomía de la UE.
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Biorefineries and JTI on BioBased Industries
WHAT IS THE BIO-BASED INDUSTRIES INITIATIVE?
• A Public-Private Partnership between the Bio-based Industries Consortium and the EU
• A joint commitment of 3.7 billion € over 2014-2020o 0.975 billion € - EUo 2.7 billion € - Bio-based Industries Consortium:
In kind & in cash (0.975 bn €) + Additional activities (1.755 bn €)
• Annual Work Programmes
JTI on Biobased Industries. What is BBI about?
+
http://www.youtube.com/watch?v=kym3mIYo_30
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Biorefineries and JTI on BioBased Industries
WHO IS INVOLVED IN BBI? BIC PARTNERS (76 Ind + 148 Assoc)
■ 76 Full members • 44 Large industries
• 19 SMEs
• 13 Clusters
■ 148 Associated members• 50 Universities + 71 RTOs
• 10 European trade organisations
• 8 European Associations
• 3 ETPs + 2 TP
• 2 Tech Provid + 2 Clusters + 1 Bank
Sectors covered to date• Agriculture and Agro-food• Forestry / Pulp and Paper• Technology providers• Chemicals• Energy
Updated in October 2015
JTI on Biobased Industries. Who is involved?
10
> ainia es miembro asociado.
Waste and BiomassManure and crop waste. Food waste and byproduct (S/L)Municipal Solid Waste New biomass (opuntia ficus, (micro)algae, microorganisms ..).
TechnologiesAnaerobic DigestionBiomass pre-treatments. CO2-based processesExtraction (Supercritical, US assisted, S-L).Nutrient Recovery.BioproductionReaction (chemical, enzymatic)Life Cycle Analysis.
Biobased products and bioenergy:Biogas/biomethane/bioH2.Digestate and biofertilisers. High Value Compounds and ChemicalsBiostimulants and biosubstances.
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CONTENIDOS:
• BIOECONOMÍA.• LAS BIOREFINERÍAS. • OPORTUNIDADES DE NEGOCIO. • CASO PRÁCTICO. El proyecto INVENER. • OTROS EJEMPLOS.
Jornada sobre Oportunidades de Negocio
en Biotecnología
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> Concepto de Biorrefinería.
Biobased Industries Consortium.
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> Definición de Biorefinería.
Una biorefinería consiste en el procesado sostenible de biomasa
en un amplio espectro de productos de interés comercial
(International Energy Agency, IEA).
• Biorefinería: industria, instalaciones, procesos, modelo o concepto,
• Biomasa: agrícola, forestal, ganadera, industrial y urbano, o también
cultivos energéticos, algas, etc. ..
• Procesado: mecánico, químico, físico, biotecnológico,
termoquímico,..
• Espectro: variedad de productos energéticos o no energéticos
(bioproductos).
• Productos: intermedios (building blocks) y finales (alimentos,
piensos, materiales, productos químicos, combustibles, calor,
electricidad..)
• Sostenible: eco-eficiencia en la transformación, maximizar el uso de
las materias primsa, cero residuos, cero vertidos, energías limpias, .
• De interés comercial: actual o futuro (volumen y precios)
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BioenergíaBioproductos
(“bio-based products”)
Electricidad
Calor
Biocombustibles:
Sólidos: pellets y otros.
Líquidos:
bioetanol
biodiesel
biobutanol
jet-fuel
Gas:
syngas
biogas
biometano
biohidrógeno
CO2
Alimentos.
Piensos.
Fertilizantes.
Productos químicos:
biolubricantes, biopinturas,
biorecubrimientos, bioresinas,
bioadhesivos, etc.
Biomateriales:
bioplásticos, biopolímeros,
biocomposites, caucho, etc.
Compuestos bioquímicos
(“biochemicals”):
carbohidratos , polifenoles, ácidos
carboxílicos, esteres y ácidos
grasos, proteínas, etc.
> Bioenergía y Bioproductos.
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> Denominación biorrefinerías (nomenclatura).
Proceso Químico
Proceso Termoquímico
Proceso Biotecnologico
Proceso Físico Mecánico
Productos energéticos
BioProductos Plataforma
Materia PrimaFeedstock
4. Procesos
2. Productos
3. Feedstock.
1. Plataformas.
#Number of platforms (Name of platforms)/Feedstock/Products/Processes
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> PLATAFORMAS .
“PLATAFORMA”
Conjunto de productos
intermedios que se
producen en los procesos
primarios de biorrefinería,
que seguirán siendo
procesados en la
biorrefinería hasta
obtener los productos
finales (bioenergía y
bioproductos).
Plataforma
1º
2º
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> PLATAFORMAS .
“PLATAFORMAS”
EJEMPLOS:
Azúcares C6Azúcares C5-C6SyngasBiogasLigninaLíquido pirolíticoAceites vegetalesEtc.
Plataforma
Por ejemplo una mezcla de carbonos 5 y 6 se obtiene por la hidrólisis de hemicelulosa. Luego pueden ser procesados hasta la obtención de sorbitol, furfural, .. Sobre 1 millón de toneladas de sorbitol se producen cada año como ingrediente alimentario, ingrediente para pasta de diente, y para usos industriales.
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> Ejemplos de biorefinerias comerciales en la UE en
funcionamiento.
LocalizaciónPöls
(Austria)Lestrem(Francia)
Caserta(Italia)
Pischelsdorf (Austria)
Biomasas (materias primas)
Madera Trigo.PatataMaízPera
Biomasas lignocelulósicas
Cereales
Plataformas2 Plataformas:Pasta.Licor negro.
1 PlataformaAlmidón
1 plataformaAzúcares C5-C6
2 plataformas:AlmidónAzúcares C5-C6
Productos:BioEnergía y/o BioProductos
Papel y pasta de papel. Tall oil.Aceite de
trementinaElectricidadCalor.
AlimentosPiensosAcido succínicoBioEtanol.
Acido levulínico Almidón.Gluten.Bioetanol.CO2.
Fuente: BioRefineries Blog.
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> España.
• BIOPLAT. Plataforma
Tecnológica Española
de la Biomasa.
• Intensa labor del CDTI.
• Grupo de Trabajo Interplataformas sobre
Biorrefinerías.
• SUSCHEM. Plataforma
Tecnológica Española de
Química Sostenible.
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ainia ha desarrollando 3
proyectos de I+D gracias a
licitaciones de CPP sobre:
-residuos vinícolas,
-residuos ganaderos y
-lodos de depuradora.
> España. “Castilla-La Mancha Bio-Economy Region” (Proyecto CLAMBER)
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CONTENIDOS:
• BIOECONOMÍA. • LAS BIOREFINERÍAS.• OPORTUNIDADES DE NEGOCIO. • CASO PRÁCTICO. El proyecto INVENER. • OTROS EJEMPLOS.
Jornada sobre Oportunidades de Negocio
en Biotecnología
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En 2015, en España existen 34 plantas de biogás y 23.8 MWeinstalados, lejos de loS objetivos del PER 2020 para ese año (220 MWe) y el 2020 (400MWe). Potencial no aprovechado todavía.
> Escaso desarrollo del sector del biogás en España.
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España, acumula un notable retraso en el desarrollo deplantas de biogás agroindustrial respecto a suscompetidores en la UE.
> Pérdida de competitividad respecto a otras potencias agroalimentarias.
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Nombre Schwedt Sarpsborg Greenmills Zörbig
Localización Schwedt(Alemania)
Sarpsborg (Noruega)
Puerto de Amsterdam (Holanda)
Zörbig (Alemania)
Biomasas (materias Primas)
•Centeno •Cultivos o residuos lignocelulósicos
•Aceites usados•Otros residuos orgánicos
•Centeno•Triticale•Trigo
Plataformas 2 plataformas: •Almidón •Azúcares
3 plataformas: •Azúcares C5/C6, •Lignina, •Biogás
1 plataforma: •Aceite
2 plataformas: •Almidón, •Azúcares
Productos:
BioEnergía y/o BioProductos
•Bioetanol•Biogás•Fertilizantes orgánicos
•Bioetanol•Lignina•Celulosa •Vanilina•Biogás.
•Biodiesel•Bioetanol•Biogás•Fertilizantes
•Bioetanol•Biogás•Fertilizantes orgánicos
> Ejemplos de biorefinerias comerciales en la UE que
incorporan digestión anaerobia (biogas).
Fuente: BioRefineries Blog.
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Planta de Biogás actualPlanta de Biogás basada en el
concepto de BIOREFINERÍA
1-Plataforma Biogas:Electricidad.
Calor.
Biometano
2-Plataforma Digerido:Digerido sólido (compost).
Digerido líquido (aplicación)
1. Plataforma bioH2/biogás:Electricidad.
Calor
Biometano
CO2
Metanol otros bioproductos vía
biocatálisis.
2-Plataforma digerido.Sulfato amónico.
Estruvita.
Fertilizante granulado organo-mineral.
Biofertilizante base microalgal.
3-Plataforma AGVs (carboxilatos):Sales de carboxilato.
AGCM.
PHA (bioplásticos) y otros bioproductos.
> Evolución plantas de biogás hacia modelos basados en el concepto de biorefinería.
27
> Evolución plantas de biogás hacia modelos basados en el concepto de biorefinería.
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Red Eléctrica
Residuos
GanaderosCerdos
Vacas
Aves
Conejos
Digestión Anaerobia
Biogás
Digerido
Balsa
Aplicación agrícola
Combustión
en Motor Cogenera
Calor Electricidad
Explotaciones ganaderas
Compost o
Aplicación Directa
Planta BIOGAS TRADICIONAL
LíquidoSólido
Explotaciones
agrícolas
BioMetano
Depuración y
Upgrading
Vehículos
Red de Gas
emergente
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Red Eléctrica ó
Micro-red
Digestión Anaerobia
Fase 1
Residuos
GanaderosCerdos
Vacas
Aves
Conejos
Downstream
Sales de
Carboxilatos
Digestión Anaerobia
Fase 2
BioHidrógeno Biogás
BioMetano
Depuración y
Upgrading
Digerido
Stripping
Precipitación
Spouted Bed Drying Fertilizante OrganoMineral GRANULAR
Estruvita
Cultivo y cosechado
microalgas CO2
Combustión
en Motor Cogenera
Biomasa Microalgas BIOFERTILIZANTE
Calor Electricidad
Explotaciones ganaderas
Industrias Químicas
Explotaciones
agrícolas
Vehículos
Red de Gas
Combustión en
Pilas Combustible
Agua, materia orgánica
y nutrientes
Sulfato Amónico
microalgas
Modelo BIOREFINERIA
Líquido
Líquido
SólidoCarboxilatos
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> Razones para apostar por plantas de biogás basadas en el modelo de biorefinería:
•Ampliar el espectro de productos y mercados potenciales. •Dotar de flexibilidad a las plantas para adaptarse a contextos específicos a lo largo del tiempo. •Incrementar la rentabilidad. •Reducir dependencia de ayudas de la administración. •Mejores resultados medioambientales.•Diversificación de actividades y creación de empleo.•Reactivar el sector del biogás agroindustrial …
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CONTENIDOS:
• BIOECONOMÍA. • LAS BIOREFINERÍAS. • OPORTUNIDADES DE NEGOCIO. • CASO PRÁCTICO. El proyecto CLAMBER.• OTROS EJEMPLOS.
Jornada sobre Oportunidades de Negocio
en Biotecnología
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> Residuos ganaderos en Castilla-LaMancha.
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AD-2
Precip.
Estruvita
AD-1
Carboxilates
S-L Separation
AD-2
MetanogénicoAD-1
Hidrolítico
L
S
Stripping
Spouted bed
Drying
Microalgae
L
S
Sales carboxilatos
Fertilizantes
Estruvita Sulfato NH4+
FertilizantesFertilizantes
Biogas
> Esquema del proceso
E
A
B
Estruvita Sulfato NH4+Estruvita Sulfato NH4+Estruvita Sulfato NH4+
2
1
AD-2
Metanogénico
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> Digestión anaerobia
2L
36L
10L+15L500L+2000L
2L2L
36L
10L+15L500L+2000L
2L2L
36L
10L+15L500L+2000L
2L
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Bioproductos
Caldo
fermentación
digestor
hidrolítico
(fase 1)
Descumming Desecado
Cristalización
Sal
neutralizadoraCO2
Sales de
carboxilatos
> Producción de carboxilatos
Ca(OH)2
Planta piloto producción de carboxilatos.
AINIA CENTRO TECNOLÓGICO.
30L30L
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> Spouted bed drying
Mezclas semi-industrial (55 kg/h digerido):
-MEZCLA I: 45.4% de fracción sólida con 27.3% de sulfúrico y 27.3% de sulfato amónico líquido al 40%.
- MEZCLA II: 38.5% de fracción sólida con 30.8% de sulfúrico, 23% de sulfato amónico líquido de planta de stripping de amonio, al 40% de sólidos, y finalmente 7.7% de estruvita.
VENTAJAS- Capacidad de secar productos líquidos y viscosos- Bajo consumo energético, en torno a 1 kWh/kg de agua evaporada.- Flexibilidad de operación.- Calidad de gránulo
Ekonek (Vitoria) 800 kg/h
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> Microalgas
RW:700-800L; 1200L, 4400L
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> Fertilizantes
Microalgas
Fertilizante Organomineral
granulado
NH4MgPO4·6H2O (NH4)2SO4
Fertilizantebase
microalgal
EstruvitaSulfato
amónicoGránulosHidrolizado
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> Escenario base de Clamber-G
Selección de porcentajes2
1
A
B
40
> Escenario mejora: optimización de porcentajes
Purín vacuno
COD (g O2/L) 154
TS(gTS/) 132
VS(gVS/) 93
NTK(gN/) 5,5
NH4+ (g N/L) 1,486
Phosporous (mg P/L) 5374
Potassium (mg/L) 5000
Total alk. (g CaCO3/L) 5,4
BMP (%) 0,75
0
4
8
12
16
Mono-digestion Clamber-GP
ay-b
ack
(Añ
os)
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SOSTENIBILIDAD. Comparación de Clamber-G con escenarios base: no tratamiento y DA
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AP
Granja DA centralizada CLAMBER-G
Acidification Potential (AP) [kg SO2-Equiv.]
Acid
ific
atio
n P
ote
ntia
l [k
g S
O2
-Eq
uiv
.]
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
,5
> Comparación escenariosGWP 100 years
Granja DA centralizada CLAMBER-G
Global Warming Potential (GWP) [kg CO2-Equiv.]
Glo
ba
l W
arm
ing
Po
ten
tia
l [k
g C
O2
-Eq
uiv
.]
5.000
4.500
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
AP
Granja DA centralizada CLAMBER-G
Acidification Potential (AP) [kg SO2-Equiv.]
Acid
ific
atio
n P
ote
ntia
l [k
g S
O2
-Eq
uiv
.]
6,5
6
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
,5
EP
Granja DA centralizada CLAMBER-G
Eutrophication Potential (EP) [kg Phosphate-Equiv.]
Eu
tro
ph
ica
tio
n P
ote
ntia
l [k
g P
ho
sp
ha
te-E
qu
iv.]
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
ADP elements
Granja DA centralizada CLAMBER-G
CML2001 - Nov. 2010, Abiotic Depletion (ADP elements) [kg Sb-Equiv.]
Ab
iotic D
ep
letio
n e
lem
en
ts [
kg
Sb
-Eq
uiv
.]
Eutrofización
AcidificaciónCalentamiento global
Agotamiento abióticoClamber-G mejor en todas
las categorías de impacto
estudiadas excepto
calentamiento global
Emisiones
evitadas (€)
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GWP 100 years
Granja DA centralizada CLAMBER-G
CarboxilatDA 2 fases
Estruv + StrippMicroalgas (diger...
SBDResto
Glo
ba
l W
arm
ing
Po
ten
tia
l [k
g C
O2
-Eq
uiv
.]
250
200
150
100
50
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
> Impacto en calentamiento global
Calentamiento globalGWP 100 years
Granja DA centralizada CLAMBER-G
Global Warming Potential (GWP) [kg CO2-Equiv.]
Glo
ba
l W
arm
ing
Po
ten
tia
l [k
g C
O2
-Eq
uiv
.]
5.000
4.500
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
Calentamiento
global
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CONTENIDOS:
• BIOECONOMÍA. • LAS BIOREFINERÍAS. • OPORTUNIDADES DE NEGOCIO. • CASO PRÁCTICO. El proyecto INVENER. • OTROS EJEMPLOS.
Jornada sobre Oportunidades de Negocio
en Biotecnología
Acrónimo: biogas3
Línea de trabajo: bioenergíaDuración: 2 años (Marzo 2014 – Febrero 2016)Presupuesto: 1.2M€Programa de financiación: Intelligent Energy Europe (IEE) - ALTENERParticipantes: ainia, FIAB, IrBEA, ACTIA, IFIP, DEIAFA, Tecnoalimenti, RENAC, JTI,
FUNDEKO.Sitio Web: www.biogas3.eu
Producción de biogás a pequeña escala a partir de residuos agroalimentarios para la autosuficiencia energética
Descripción: BIOGAS3 quiere fomentar la producción sostenible de energíarenovable a pequeña escala a partir del biogás obtenido de residuos agrícolas y de laindustria de alimentación y bebidas (residuos agro-alimentarios) para lograr laautosuficiencia energética. De esta forma contribuimos a una energía segura,sostenible y competitiva para Europa promoviendo fuentes de energías nuevas yrenovables y apoyando la diversificación energética.
IEE/13/477/SI2.675801
Acrónimo: digesmartLínea de trabajo: bioenergíaDuración: 3 años (Septiembre 2013 – Agosto 2016)Presupuesto: 1M€Programa de financiación: CIP EIP Eco-innovationParticipantes: ainia, DETRICON, Biogas-E, Universidad de Turín, SATASitio Web: www.digesmart.eu
Valorización del digerido proveniente de una planta de biogás
Descripción: El proyecto DIGESMART ofrece una solución de valorización deldigerido, contribuyendo a reducir las cantidades de fertilizantes inorgánicos a partirdel reciclaje de nutrientes (N-P-K) del digerido de una forma medioambientalmenterespetuosa. En este proyecto se tiene la intención de reunir a todos los agentesinteresados en la instalación del nuevo proceso, el cual minimiza en términos devolumen la aplicación de digerido y valoriza económicamente los nutrientes minerales(nitrógeno, fósforo y potasio, entre otros). A partir del aprovechamiento del digerido,en lugar de fertilizantes de síntesis, es posible realizar un ahorro energético, limitarel consumo de combustibles fósiles y reducir la huella de carbono.
ECO/12/332882
Acrónimo: SostRiceLínea de trabajo: bioenergíaDuración: 3 años (Junio 2014 - Mayo 2017)Presupuesto: 1.5M€Programa de financiación: LIFE+ 2013Participantes: IAT, ainia, CTAER, LUDAN, CITAGROSitio Web: www.sostrice.eu
Reducción de las emisiones de CO2 provenientes del cultivo de arroz a través de la valorización energética de la paja de arroz
Descripción: SOSTRICE es un proyecto de demostración cuyo objetivo es lareducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) derivadas del cultivo dearroz por medio de un modelo de gestión de la paja de arroz basado en lavalorización energética de este residuo a través de tecnologías de combustión ydigestión anaerobia. Se está implementando en dos de las áreas donde los cultivosde arroz han alcanzado una considerable relevancia en España: las Marismas delGuadalquivir (Andalucía) y L’Albufera (Valencia). En ambos casos, hay una interacciónclara entre la actividad agrícola y la proximidad a áreas de gran protecciónambiental, tales como el Parque Natural de Doñana y el Parque Natural de L’Albufera.
LIFE13ENV/ES/001333
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AGUAS
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Muchas gracias por su atención
Andrés Pascual Vidal
Teléfono: +34 961366090Email: [email protected]: @andpasvid